مستقبل المغناطيسات: التكنولوجيا والتطورات

مقدمة حول استخدام المغناطيسات في الجراحة

تم وضع مجموعة صغيرة تشبه الملاقط في مكانها، حيث كانت تمسك بلطف بمرارة المريض. لكن الجهاز الذي كان يمسك الأعضاء لم يكن موصولًا بشكل مباشر بأي شيء - بدا وكأنه يتعلق داخل جسم الشخص.

في الواقع، كانت تُتحكم الملاقط عن بُعد بواسطة ذراع روبوت يمسك مغناطيسًا خاصًا.

تطبيقات المغناطيسات في التقنيات الحديثة

"كنا قادرين على رؤية الهياكل الحيوية، الأوعية الدموية"، يقول الدكتور ماثيو كروه من عيادة كليفلاند في ولاية أوهايو. ولم يمض وقت طويل حتى قام بإزالة المرارة المزعجة بمساعدة مساعدته الروبوتية. وكانت هذه واحدة من حوالي 24 عملية جراحية مماثلة قام بها هو وفريقه في الأشهر الأخيرة باستخدام نظامهم العالي التقنية.

"إنه يتيح لنا إجراء عملية شائعة بطريقة أقل تداخلًا"، يقول، مشيرًا إلى أنه الآن يتطلب قليلًا من الشقوق لإجراءات من هذا القبيل. ولكن هناك الكثير من التطبيقات الناشئة الأخرى التي تستخدم أيضًا مغناطيسات مصنعة بعناية.

قد يبدو أن المغناطيسات الدائمة، التي تحافظ على الهدايا الملونة ملتصقة بباب الثلاجة، تكنولوجيا ناضجة ومؤسسة جيدًا. لقد تم استخدامها منذ قرون، على الرغم من ذلك، اليوم، يبذل الباحثون والشركات جهودًا كبيرة لجعل المغناطيسات أكثر قوة وكفاءة من أي وقت مضى.

أهمية المغناطيسات في الكهربة والطاقة المتجددة

ذلك لأن المغناطيسات تستخدم بشكل متزايد في جميع أنواع التقنيات الصاعدة - بما في ذلك محركات السيارات الكهربائية وأجهزة توليد الطاقة من الرياح. لذلك، هي حاسمة للكهربة. ومع ذلك، تُصنع المغناطيسات عمومًا باستخدام عناصر الأرض النادرة، منتجات العمليات التعدينية القذرة. وحاليًا، تهيمن الصين بشكل كبير على إنتاج المغناطيسات الدائمة العالمية، بحصة سوقية تزيد عن 90%.

يُجادل كثيرون بأننا بحاجة إلى مرافق تصنيع المغناطيسات نظيفة وأكثر انتشارًا. يقولون إن المستقبل يعتمد عليها.

"عملي رائع"، يقول ماثيو سوالو، مدير المنتج التقني لشركة بانتينغ مغناتيس في المملكة المتحدة. "لا أعتقد أن أي شخص آخر يشارك في الكثير من الأشياء".

تصنع شركته مغناطيسات تُستخدم في جميع أنواع الأنظمة - من زرع القوقعة إلى الفرامل الطارئة على الأفعوانيات، بما في ذلك في حديقة ألتون تاورز. وقد قدمت بانتينغ مغناتيس حتى مغناطيسات لوكالة ناسا.

تحسينات في جودة المغناطيسات

يقول السيد سوالو أنه، حتى خلال السنوات العشر الماضية تقريبًا، قد تحسنت توفر المغناطيسات عالية الجودة المصنوعة باستخدام عنصر الأرض النادر النيوديميوم. فقد كانت الدرجة N35 هي الحد الأقصى لمثل هذه المغناطيسات المصممة لتتحمل درجات حرارة تصل إلى 200 درجة مئوية. ولكن الآن تتوفر نسخ N52 من الدرجة التجارية.

"يمكنك حقًا جعل المغناطيس أخف بنسبة 60% والحصول على نفس مستوى الأداء"، يوضح السيد سوالو.

دور الديسبروسيوم في كفاءة المغناطيسات

في محرك كهربائي، يساعد الحقل المغناطيسي اللف الداخلي على الدوران. يمكن استخدام ذلك لدفع محور وتحويل عجلات سيارة كهربائية، على سبيل المثال. تعني المغناطيسات عالية الجودة محركات تعمل بكفاءة أكبر وسيارات تزن أقل بشكل عام. إن الإضافة الحذرة لكمية صغيرة من الديسبروسيوم، عنصر الأرض النادر آخر، هو طريقة لتحسين كفاءة المغناطيس.

التحديات في صناعة المغناطيسات

يقول روس إمبلتون، كبير محللي السندات والتعدين - الأرض النادرة في وود ماككنزي، إن الحوافز المالية هي سبب في تهيمن الصين على إنتاج هذه المغناطيسات عالميًا. فالمواد المغناطيسية الدائمة من عناصر الأرض النادرة تخضع لخصم ضريبة القيمة المضافة %13 عند التصدير من البلاد، وتقدم الحكومات المحلية الدعم في تكاليف الطاقة، على سبيل المثال، مما يساعد أيضًا في دعم مرافق تصنيع المغناطيسات.

"إنها صناعة صعبة حقًا للغاية للتنافس فيها إذا كنت خارج الصين"، يقول السيد إمبلتون.

محاولات الابتكار في تصنيع المغناطيسات

ولكن هذا لم يمنع البعض من المحاولة. تقول شركة نيرون مغناتيكس الأمريكية إنها تمكنت من صناعة مغناطيسات ذات جودة جيدة بدون استخدام عناصر الأرض النادرة. بدلاً من ذلك، يستخدمون الحديد والنيتروجين لصنع مغناطيسات النيتريد الحديدي. وهذا يعتمد على جعل النيتريد الحديدي يأخذ بنية بلورية محددة، مما يولد حقولًا مغناطيسية.

رفض الرئيس التنفيذي جوناثان رونتري أن يشرح تفاصيل تقنيات إنتاج شركته بالتفصيل، ولكنه يقول إن نيرون قد أنتجت بالفعل مغناطيسات عاملة. وستُستخدم أول هذه المغناطيسات في السماعات.

يُقاس قوة الحقل المغناطيسي بوحدات تسلا، ومغناطيسات نيرون حاليًا عند تسلا واحدة. يقول السيد رونتري إنه يجب أن يكون من الممكن صنع مغناطيسات أقوى بكثير، تصل إلى 2.4 تسلا، باستخدام النيتريد الحديدي.

بالمقابل، سيكون إعادة تدوير المغناطيسات أيضًا أفضل بكثير للبيئة مقارنة بصنع مغناطيسات الأرض النادرة الجديدة من الصفر.

إعادة تدوير المغناطيسات وتأثيرها البيئي

في المملكة المتحدة، قد طورت جامعة برمنغهام طريقة لاستخراج سبائك الأرض النادرة من المحركات الكهربائية القديمة وأقراص التخزين على الكمبيوتر، على سبيل المثال.

أنشأت شركة تابعة، هايبروماغ، استخرجت بالفعل المعادن النادرة باستخدام التكنولوجيا، وتهدف إلى بدء الإنتاج التجاري للمغناطيسات باستخدام مثل هذه المواد في وقت لاحق من هذا العام.

تقنيات جديدة لإعادة تدوير المغناطيسات

في هذه الأثناء، تقول شركة نوفيون مغناتيكس الأمريكية إنها طورت طريقتها الخاصة لإعادة تدوير المغناطيسات. عندما سئل عن العملية، ودرجات المغناطيسات المنتجة، رفض الضابط التجاري بيتر أفيوني الدخول في تفاصيل، باستثناء القول إنه يتم مزج كمية صغيرة من السبائك مع المواد المستردة لتحقيق النتيجة المرغوبة. العملية بأكملها أكثر كفاءة بنسبة %40 من الإنتاج التقليدي للمغناطيسات الطازجة.

قد يكون من الصعب معرفة جودة مغناطيس قديم من جهاز إلكتروني مستعمل، وأحياناً يتم لصق المغناطيسات في المنتجات براتن صلبة، مما يجعلها صعبة الإزالة.

التحديات في إعادة تدوير المغناطيسات القديمة

لكن تدريجيًا، كما تصل أجيال مبكرة من محركات السيارات الكهربائية وأجهزة توليد الطاقة من الرياح إلى نهاية عمرها الافتراضي في السنوات القادمة، من المتوقع أن تصبح المزيد من المواد المغناطيسية متاحة لإعادة التدوير.

"هناك تأخير بسيط في انتظار عودة تلك المواد مرة أخرى"، يقول السيد إمبلتون. والشركات لديها فرصة لتحسين عمليات إعادة التدوير في الوقت الحالي.

المستقبل المحتمل لتكنولوجيا المغناطيسات

ويستشهد السيد سوالو بتطبيقات ناشئة أخرى تبدو كأنها خرافة علمية - بما في ذلك المغناطيسات المثبتة على الأقمار الصناعية لالتقاط الحطام الفضائي المحيط بالأرض.

توقعات حول التطورات المستقبلية

يقول الدكتور كروه إنه يتطلع إلى مغناطيسات أكثر تطورًا ستجعل عمليات جراحية أخرى أقل تداخلًا من السابق. مثل جراحة الصدر المتعلقة بالرئتين، أو النظارات الداخلية، على سبيل المثال، يمكن أن تُجرى يومًا ما بمساعدة تلك التكنولوجيا.

"إنها تقترب من لانهائية"، يقول. "هذا ليس إلاّ البداية".